近年来，地下水和地表水中累积的硝酸根(NO3-)严重威胁了人类健康。同时，氨(NH3)是关乎人类生存的化工产品之一，目前广泛应用的制NH3工艺为Haber-Bosch法，但其存在能耗大、污染严重等问题。因此，电催化硝酸盐使其在温和条件下还原转化成可回收的铵(NH4+)具有重要意义。然而，复杂的八电子转移途径和析氢竞争反应降低了该反应的选择性和效率。最近，氧空位被广泛用于提高电催化剂性能，但未有将富含氧空位的氧化物用作硝酸盐电还原合成NH3/NH4+电催化剂的报道。基于此，本文以设计开发高选择性电催化硝酸盐还原合成NH4+催化剂为目标，制备了富氧空位的二氧化钛(TiO2)纳米管电催化剂，对其形貌、结构和组成进行了表征，并将其用于电催化NO3-还原合成NH4+活性探究。主要研究内容如下：
　　通过阳极氧化钛(Ti)片得到TiO2纳米管，然后经H2高温处理制得富氧空位的TiO2纳米管(TiO2-x)。结果表明：所合成TiO2及TiO2-x皆为锐钛矿晶相纳米管；且相较于TiO2，TiO2-x表面氧空位含量更多。将所合成的TiO2及TiO2-x纳米管用于电还原硝酸盐合成NH4+性能测试，并利用核磁共振氢谱与比色法对NH4+进行了定量分析，结果表明TiO2-x纳米管具有良好的法拉第效率(85.0%)、选择性(87.1%)和稳定性。且通过15N同位素标记实验证明了产物NH4+来源于硝酸盐的转化。此外，通过原位电化学质谱和密度泛函理论计算共同揭示了氧空位在电解硝酸盐还原反应中的作用机制：氧空位不仅可以“锚定”硝酸盐中的氧以削弱N-O键，还可以调节中间体与催化剂的相互作用，从而优化反应路径并阻碍副产物的形成。